Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Правда, должно соблюдаться одно условие: при нахождении в протопланетном диске планета должна аккумулировать толстый слой водорода — по меньшей мере в 10–100 раз толще нынешней атмосферы Земли. Сделать это не так трудно, как может показаться. Например, Земля в подобной ситуации могла бы захватить такое количество водорода, которое бы сделало ее атмосферу в 1000 больше существующей сейчас.

Разумеется, если бы планета вроде Земли была выброшена из звездной системы уже после рассеивания газового диска, к тому моменту она могла бы уже лишиться своей первичной атмосферы. Это все еще может произойти, если покой Солнечной системы нарушит проходящая мимо звезда. Вероятность реализации этого сценария до перехода Солнца в стадию красного гиганта через 3,5 млрд лет составляет около 0,002%. Конечно, это не так много, чтобы у вас началась бессонница из-за переживаний за судьбу Солнечной системы, но все-таки существенно больше, чем вероятность выиграть деньги в лотерею[29]. Будучи выброшенной за пределы Солнечной системы, наша планета смогла бы избежать губительного воздействия усиливающегося солнечного излучения, но сумело бы что-нибудь на поверхности Земли пережить такое путешествие в открытом космосе? В условиях существующей атмосферы превращение Земли в блуждающую планету означало бы застывание воды на ее поверхности. Это стало бы приговором для людей, но что бы случилось с жизнью в подземных океанах, подобных тем, которые могут быть на спутниках газовых гигантов?

В отсутствие газового гиганта, который бы обеспечивал приливный разогрев за счет деформации горных пород, единственным источником энергии для поддержания подземных вод в жидком состоянии на блуждающей Земле стало бы радиогенное тепло. Перспектива не самая радужная. При полном отсутствии энергии Солнца внутренние источники тепла на нашей планете смогут поддерживать на поверхности далекую от комфортной температуру –235 °C. Будет настолько холодно, что планета покроется слоем льда толщиной 15 км. Теоретически под ледяным панцирем может быть вода в жидкой форме, но, к сожалению, всей воды на Земле хватит лишь для формирования слоя толщиной около 4 км. Поэтому вода на нашей планете перейдет в твердое состояние — для образования скрытого моря ее просто не останется.

Единственное, на что мы можем надеяться, это то, что в случае превращения Земли в блуждающую планету будут благодаря геологической активности сохраняться горячие области с жидкой водой вокруг очагов извержения на замерзшем океанском дне. В этих мини-водоемах может развиться жизнь, но она окажется изолированной от остальной планеты и будет полностью зависеть от наличия таких горячих участков.

Вряд ли превращение Земли в планету-сироту сделает ее мечтой отпускника. Но значит ли это, что все блуждающие планеты земного типы, утратившие свою первичную атмосферу, мертвы? Как оказывается, существует четыре способа сделать Землю более привлекательным местом при попадании в межзвездное пространство: увеличить количество воды, нарастить массу, изменить состав атмосферы и прихватить с собой Луну.

Каждый из этих вариантов имеет право на существование. Планеты земного типа в других звездных системах вполне могут аккумулировать больше воды, если они формируются рядом со снеговой линией или подвергаются мощной бомбардировке ледяными метеоритами. Согласно одной из рассмотренных в главе 7 гипотез относительно состава 55 Рака e, океаны занимают практически всю поверхность этой планеты. Если воды на блуждающей планете больше, чем необходимо для формирования слоя льда толщиной 15 км, из оставшейся воды под его поверхностью может образоваться море.

В случае с более массивной блуждающей планетой мы получаем больший объем радиоактивных элементов и большее количество остаточного тепла. При наличии дополнительных источников энергии внутри планеты для поддержания воды в жидком состоянии требуется ледяная оболочка меньшей толщины. Так, планета с массой 3,5 массы Земли и такой же долей воды в составе может обойтись всего лишь несколькими километрами льда на поверхности, а значит, на ней будет достаточно воды для того, чтобы под этим слоем льда сохранилось море.

Даже если допустить, что масса блуждающей планеты и доля воды в ее составе такие же, как на Земле, она может оставаться более теплой, если изменится ее атмосфера. В результате вулканической активности в атмосферу Земли выбрасывается углекислый газ, который затем удаляется из нее за счет химической реакции с силикатными породами. При понижении температуры химические реакции замедляются, и содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается. В обычных условиях это приводит к потеплению, так как более высокий уровень углекислого газа обеспечивает удержание тепла за счет парникового эффекта[30]. При выходе в межзвездное пространство углекислый газ на поверхности планеты должен замерзнуть, обеспечивая дополнительный изоляционный слой и тем самым снижая требуемую толщину слоя льда.

Наконец, не менее интересен сценарий, в котором Землю в ее миграции сопровождает Луна. При выталкивании из Солнечной системы и Землю, и Луну ждет хорошая встряска. Если они все-таки останутся вместе, Луна, скорее всего, окажется на вытянутой орбите. При приближении Луны к Земле по ее новой эллиптической траектории оба тела будут подвергаться гравитационному воздействию, величина которого будет меняться. В случае со спутником, обращающимся вокруг газового гиганта (или планеты, обращающейся вокруг звезды), изменение силы притяжения столь небольшого тела не оказывает практически никакого влияния на огромную планету. Однако Земля — каменистый мир, который не так сильно отличается размерами от Луны, как Юпитер от его спутников. Поэтому при нахождении в межзвездном пространстве и Земля, и Луна будут деформироваться в результате изменения гравитационных сил, что приведет к приливному разогреву.

В отсутствие других естественных спутников, притяжение которых уравновешивало бы притяжение Земли, Луна в конце концов снова перейдет на круговую орбиту. До этого момента в результате приливного разогрева энергия Земли увеличится в 100 раз по сравнению с тем количеством, которое наша планета получает из внутренних источников сейчас. Такая подпитка будет продолжаться (во все меньших количествах) примерно 150 млн лет. Таким образом, наличие спутников — это положительный момент для блуждающей планеты.

Жидкий океан, скрытый под поверхностью блуждающей планеты, будет существовать до тех пор, пока на ней будут сохраняться внутренние источники тепла. Когда с течением времени запасы тепловой энергии исчерпаются, недра планеты остынут. Времени на это потребуется примерно столько же, сколько осталось Солнцу до превращения в красный гигант, за которым неизбежно последует гибель всего вокруг него. Несмотря на жутковатый подтекст такого сравнения, сопоставимые сроки существования Земли в Солнечной системе и Земли в межзвездном пространстве указывают на возможность образования океанов под поверхностью блуждающих планет.